危险的月球尘埃

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  地球上,尘埃就像空气一样无处不在。久未清理的桌面上,静止的尘埃;射入房间的光路中,扰动的尘埃;汽车行驶过后空气中,飞扬的尘埃。除了这些看得见的尘埃,还有看不见的尘埃。比如,我们耳熟能详的PM2.5,能够吸附各种病毒细菌,并通过呼吸系统进入人体内部,危害人体健康。
  不仅仅是地球,宇宙中也存在无尽的尘埃。比如,未聚集成星体的宇宙尘埃,可与星际空间的气体结合成绚丽多彩的云雾状天体,我们将之形象地称为“星云”。又如,太阳系内的“沙漠行星”火星,火星尘暴可持续三个多月,从地球上望去,就像一个暗红色的灯笼。月球,是距离地球最近的天体。月球上,万籁俱静,了无生机,但上个世纪中叶,美国勘测者和阿波罗等系列任务均拍摄到了月球地平辉光(图1)。月球表面为超高真空环境,阳光直射月表,没有光的反射、折射,看不到蓝天,也不可能有类似朝霞或晚霞的自然现象。研究证实,这种地平辉光是由于静电悬浮的尘埃散射太阳光而形成。
  不同于地球土壤的形成,在月表缺乏空气、水、生命活动的条件下,月球土壤主要通过陨石和微陨石撞击、宇宙射线和太阳风粒子轰击、大幅度昼夜温差导致岩石热胀冷缩破碎三种过程共同作用而形成。其中,细粒的部分,我们称为“月尘”。月尘的粒度分布范围很广,通常在纳米至微米级别。这些细小的尘埃在月面静电场排斥、(微)陨石轰击、探测器着陆、月球车行走等自然因素或人为因素作用下发生迁移,给人类月球探测任务带来了严重威胁。
  阿波罗16宇航员约翰·扬认为,月尘是人类重返月球过程中的头号问题。阿波罗17宇航员尤金·塞尔南也曾说,“我认为月尘是我们在月球上的最大障碍之一,我们能够克服其他生理、物理和机械的问题,但是难以克服月尘带来的问题”。尽管宇航员返舱之前已经尽力清除了月尘,但仍有大量的尘埃进入登月舱,漂浮于舱内,散发出一种特殊的刺鼻性味道,类似于火药味。宇航员脱下头盔后,这些漂浮的尘埃导致他们眼睛、喉咙和肺部刺痛,出现了咳嗽、打喷嚏症状,部分宇航员甚至出现了过敏反应,体内嗜曙红细胞和嗜碱血细胞增加。科学家曾利用小老鼠开展了月尘毒性评估实验,样品为阿波罗16月壤样品中分离的月尘,实验证实月尘的毒性强于TiO2,而弱于SiO2。
  登月舱外,月尘带来的问题不胜枚举,主要有:(1)视觉阻碍:登月舱着陆过程中,尘埃弥漫,月面能见度特别糟糕。阿波罗12着陆时登月舱的一只脚还因此落入一个小的撞击坑内。(2)污染表面:尘埃很容易粘附到各种表面,比如宇航服、光学镜头等。阿波罗12宇航员不得不多次清洁摄像机镜头。(3)部件磨损:月尘具有很强的磨蚀性。阿波罗16任务中氧气表表面被月尘磨损而影响读数;阿波罗17宇航员哈里森?斯密特的头盔面罩被尘埃刮花,不能多个方向观察。(4)机构卡死:尘埃易堵塞孔洞缝隙,导致月球车运动系统发生故障,或使宇航服的拉链、关节处发生卡死等。阿波罗11任务中传送照相设备时,传送带阻塞;阿波罗12任务中,取样器铲和取样器卡死,难以分离。(5)散热性能退化:尘埃附着在散热器表面,导致散热性能下降,严重时设备灵敏度下降。阿波罗16月球车在向11/12号目的地行进过程中由于电池板温度过高甚至发生报警。(6)密封失效:月塵像碳粉一样粘附在宇航服上,关节和手套口等位置反复摩擦破损,导致宇航服发生漏气。阿波罗12宇航员皮特?康拉德的宇航服在第二次月面活动后气压漏损率达到0.25 psi/min,非常接近宇航服安全极限,差点威胁宇航员的生命安全。
  干燥的月球,弥漫的尘埃,对未来的月面作业有强的破坏作用,甚至威胁着宇航员的生命健康,未来人类重返月球还得多备几把厉害的“鸡毛掸子”!
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